原 著 image quality figureの閾値による ... - jst

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65 卷 第 4 日本放射線技術学会雑誌 430 Image quality figureの閾値による Computed Radiographyでの適正線量の推定 緒 言 医用X線画像の画質評価は,物理評価と視覚評価 によって行われている.視覚評価は画像を観察して 行う総合的な評価法で,臨床画像の評価も可能な優 れた方法であり,receiver operating characteristic ROC)解析やcontrast-detail diagram C-D曲線)法に おける識別可能な最小のコントラスト(識別コントラ スト)による評価,多肢強制選択法,一対比較法など 多くの報告 14がある. ROC解析は,ROC曲線下面積(area under curveAUC)で検出能を評価できるため視覚評価のなかで 最も用いられている.しかし,モダリティ(画像)間の 優劣の評価等には優れているが,画像を構成する物 理的因子との関連付けは難しい 5.更に,試料作成や 試料観察後の確信度の集計など甚大な労力を要する 方法でもある. 日本医療科学大学 1)茨城県立医療大学 2)藤田保健衛生大学 論文受付 2007年12月 7 日 論文受理 2009年 1 月10日 Code Nos. 254 522 望月安雄・阿部慎司 1) ・山口弘次郎 2) Estimation of Appropriate Dose for Computed Radiography by the Threshold Value of the Image Quality Figure Yasuo Mochizuki, Shinji Abe, 1) and Kojirou Yamaguchi 2) Nihon Institute of Medical Science 1) Ibaraki Prefectural University of Health Sciences 2)Fujita Health University Received December 7, 2007; Revision accepted January 10, 2009; Code Nos. 254, 522 Summary We estimated the optimum dose for imaging with a computed radiography CRsystem at two different pixel sizes based on the area under curve AUCin receiver operating characteristic ROCanalysis and image quality figure IQF. Samples for ROC analysis were prepared as follows. Acryl beads, 2.0 mm in diameter, were placed on a 50.0 mm tough water phantom that was fitted with a 20.0 mm Al filter SID 200 cm, tube voltage 80 kV. The dose level at which the film density of the screen-film system SRO250/SRGwas 1.00.05 served as the reference dose 0.69 eC/kg. Five samples were prepared by multiplying the reference dose by 1/4, 1/2, 1, 2, and 4. The samples for image quality evaluation on the basis of IQF were prepared under identical conditions. A contrast-detail C-Dphantom was placed on a 50.0 mm tough water phantom and images were taken. The contrast threshold of these samples was determined by 10 film readers, the same as those for the ROC analysis. When the significance of differences in the AUC was tested by the paired t-test two-sidedand the Jackknife method, significant differences were noted between the reference dose and the 1/4 or 4-times dose at the standard pixel size 0.175 mmand smaller pixel size 0.0875 mmsize, while no significant difference was noted between the reference dose and the 1/2 or 2-times dose. In terms of IQF, no significant difference was noted between standard and smaller pixel sizes paired t-test. The IQF data indicate that the dose level for imaging with CR can be reduced by about 30from the refer- ence dose. Key words: computed radiography, receiver operating characteristic analysis, Jackknife method, contrast-detail diagram, image quality figure 別刷資料請求先:350-0435 埼玉県入間郡毛呂山町下川原1276 日本医療科学大学 保健医療学部 診療放射線学科 望月安雄 宛 原 著

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第 65 卷 第 4 号

日本放射線技術学会雑誌430

Image quality figureの閾値による Computed Radiographyでの適正線量の推定

緒 言 医用X線画像の画質評価は,物理評価と視覚評価によって行われている.視覚評価は画像を観察して行う総合的な評価法で,臨床画像の評価も可能な優れた方法であり,receiver operating characteristic

(ROC)解析やcontrast-detail diagram(C-D曲線)法における識別可能な最小のコントラスト(識別コントラスト)による評価,多肢強制選択法,一対比較法など

多くの報告1~4)がある. ROC解析は,ROC曲線下面積(area under curve:AUC)で検出能を評価できるため視覚評価のなかで最も用いられている.しかし,モダリティ(画像)間の優劣の評価等には優れているが,画像を構成する物理的因子との関連付けは難しい5).更に,試料作成や試料観察後の確信度の集計など甚大な労力を要する方法でもある.

日本医療科学大学1)茨城県立医療大学2)藤田保健衛生大学

論文受付2007年12月 7 日

論文受理2009年 1 月10日

Code Nos. 254 522

望月安雄・阿部慎司1)・山口弘次郎2)

Estimation of Appropriate Dose for Computed Radiography by the Threshold Value of the Image Quality FigureYasuo Mochizuki, Shinji Abe,1) and Kojirou Yamaguchi2)

Nihon Institute of Medical Science1)Ibaraki Prefectural University of Health Sciences2)Fujita Health University

Received December 7, 2007; Revision accepted January 10, 2009; Code Nos. 254, 522

Summary

We estimated the optimum dose for imaging with a computed radiography(CR)system at two different pixel sizes based on the area under curve(AUC)in receiver operating characteristic(ROC)analysis and image quality figure(IQF). Samples for ROC analysis were prepared as follows. Acryl beads, 2.0 mm in diameter, were placed on a 50.0 mm tough water phantom that was fitted with a 20.0 mm Al filter(SID 200 cm, tube voltage 80 kV). The dose level at which the film density of the screen-film system(SRO250/SRG)was 1.00.05 served as the reference dose(0.69 eC/kg). Five samples were prepared by multiplying the reference dose by 1/4, 1/2, 1, 2, and 4. The samples for image quality evaluation on the basis of IQF were prepared under identical conditions. A contrast-detail(C-D)phantom was placed on a 50.0 mm tough water phantom and images were taken. The contrast threshold of these samples was determined by 10 film readers, the same as those for the ROC analysis. When the significance of differences in the AUC was tested by the paired t-test(two-sided)and the Jackknife method, significant differences were noted between the reference dose and the 1/4 or 4-times dose at the standard pixel size(0.175 mm)and smaller pixel size(0.0875 mm)size, while no significant difference was noted between the reference dose and the 1/2 or 2-times dose. In terms of IQF, no significant difference was noted between standard and smaller pixel sizes(paired t-test). The IQF data indicate that the dose level for imaging with CR can be reduced by about 30% from the refer-ence dose.

Key words: computed radiography, receiver operating characteristic analysis, Jackknife method, contrast-detail diagram,

image quality figure

別刷資料請求先:〒350-0435 埼玉県入間郡毛呂山町下川原1276  日本医療科学大学 保健医療学部 診療放射線学科 望月安雄 宛

原 著

Page 2: 原 著 Image quality figureの閾値による ... - JST

2009 年 4 月

Image quality figureの閾値によるComputed Radiographyでの適正線量の推定(望月・他) 431

試料作成を行った実験配置の例を示す.焦点-輝尽性蛍光体プレート(以下,プレート)間距離は200cm,散乱体としてタフウォータ(350×350×50mm)をプレート板の上に置き,信号のアクリルビーズ2.0mmfはタフウォータ上に乗せて撮影し,画像を取得した. また,バーガーファントム凸でもFig. 1と同様な実験配置で画像を取得した.CR装置の階調曲線は,look up tableから胸部用のTHX-01モードを選択し,周波数処理などは行わず階調処理のみで,全画像をフィルム濃度が1.00.05で出力した. 基準線量の決定には,増感紙-フィルム系にSRO250/SRG(コニカミノルタ社製)を用い,X線管側に20.0mmのAl filterを付加し,フィルム濃度1.00.05

が得られた管電圧80kV,管電流100mA,照射時間0.14秒における線量を基準線量とした.このとき,タフウォータ表面の入射線量は0.69eC/kgを得た.なお,自動現像機はコニカミノルタ社製のSRX-503を用い,現像処理時間は90秒,現像温度は33.5˚Cで行った. この基準線量を基に,照射時間を約1/4(0.18eC/

kg),1/2(0.36eC/kg),1(0.69eC/kg),2(1.39eC/

kg),4(2.81eC/kg)倍の 5 段階に変化させた.試料は,画素サイズが標準画像(ST:0.175mm)と高精細画像(HQ:0.0875mm)の 2 種類の解像力を有するRegius 170でそれぞれの照射条件で 5 枚ずつ作成した.観察試料のフィルム枚数は,バーガーファントム凸で計50枚,アクリルビーズ2.0mmfで計40枚の合計で90枚である.

 他方,作業量が比較的少ないC-D曲線による識別コントラストの検出特性は,主観的判断基準に依存する方法で,撮影系のいろいろなパラメータの影響等の相対比較を簡便にできる5).近年,C-Dファントム(バーガーファントム)を用いた各信号でのコントラストの最小識別閾径下の積分値で求めた画質指数(image quality figure:IQF)による画質評価も報告6, 7)

されている. 標準的な増感紙-フィルム系(HGM2/UR-1;富士フイルムメディカル社製)とFCR 5000,5001(Fuji

computed radiography)装置とでIQFを求め,増感紙-フィルム系に対するFCRの相対感度は,片面集光方式で0.74,両面集光方式で同等(0.97)との検出能と線量に関する報告8)がある.しかし,視覚評価法からの適正な照射(撮影)線量についての報告はみられない. 本研究は片面集光方式のcomputed radiography

(CR)装置(Regius 170;コニカミノルタ社製)を用い,バーガーファントム凸型とアクリルビーズの異なる線量で撮影したX線画像をハードコピー(Film;DR-P:コニカミノルタ社製)して試料を作成した.撮影線量の異なるこれらの画像群を観察し,ROC解析では検出能の優劣の判断に用いられているAUC,C-D曲線では単一指標として用いられているIQFをそれぞれ計算した.得られたAUCとIQFによって照射線量と検出能との関係を調べ,CR装置の適正な照射(撮影)線量を推定する方法について検討した. 観察実験の統計的有意差検定は,IQFでは両側paired-t検定で行い,AUCでは観察者間や試料間で生じる変動を評価できるリサンプル法の 1 種であるJackknife法9)で判定を行った.

1.実験方法1-1 使用機材・材料・X線発生装置 KXO-80G(東芝メディカルシステムズ社製)

・CR装置 Regius Model 170(コニカミノルタ社製)・ドライイメージャー DRY-PRO 752(コニカミノルタ社製)・拡散濃度計 PDA-65(コニカミノルタ社製)・X線出力アナライザ NEROTMmAx Model 8000

(VICTOREEN社製)・バーガーファントム凸(京都科学社製)・タフウォータ(京都科学社製)・観照器(シャウカステン) ICH5K(森山X線用品社製)

1-2 実験配置図と試料作成 Fig. 1にアクリルビーズを用いたROC解析のための

Fig. 1 Experimental layout of ROC analysis using PMMA(acryl)beads for signals.

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第 65 卷 第 4 号

日本放射線技術学会雑誌432

1-3 観察者について バーガーファントム凸とアクリルビーズ2.0mmfの観察者の選定のため,観察実験を経験している学部生13名によって予備実験を行った.バーガーファントム凸とアクリルビーズ2.0mmfの試料観察は,観察距離と観察時間に制限をしないで観察者の任意で行った. 予備実験の結果,識別コントラストで 1 名,AUC

で 2 名の計 3 名が平均値から著しく逸脱した傾向を示した.したがって,本実験ではこの 3 名を除いた10名がそれぞれ独立に観察実験を行い,得られたデータによって解析評価を行った.

1-4 バーガーファントムの観察実験とIQF

 実験に使用したバーガーファントムの信号(凸型)の直径は,1.0~8.0mmの0.5mmきざみの15ステップ,高さも1.0~8.0mmの0.5mmきざみの15ステップである.STとHQの各画素で作成した観察試料の読影は,バーガーファントムに含まれる各サイズの信号について,観察者が50%の確信で検出できる径と高さを選択した.また,観察距離や観察時間は予備実験と同様に観察者の任意で行った. 識別コントラストCminは,バーガーファントム(150×150mm)が大きく,試料濃度にトレンドがみられたので,この影響を少なくするため凸の信号およびその周辺の濃度Dc,Du,Drを用い,次式で求めた.

……………………………(1)

 Dc:各凸径の中央における濃度 Du:各凸近傍の真上における濃度 Dr:各凸近傍の右横における濃度 C-D曲線は,照射線量を 5 段階変化させて取得したSTとHQのX線画像で識別コントラストを計算し,対数近似で作成した. さらにC-D曲線から次式7)で定義されているIQFを計算して比較評価を行った.

…………………………………(2)

 Diはディスク径(mm),hiは高さ(mm)を表し,画質が良いほど識別コントラストも低く,IQFは小さくなる.

1-5 ROC解析の試料作成と観察実験 ROC解析の試料作成は,厚み0.1mmの 4 切サイズの銅版に20×35mmの格子を30個穿孔して 1 枚のフィルムを30等分に分割10, 11)した.分割した孔の任意の15カ所にアクリルビーズ2.0mmfを置いて信号あり

15,信号なし15のデータを 1 枚のフィルムから収集した. 各照射条件で,信号あり60,信号なし60の計120個のデータをアクリルビーズの配置を換えて,4 枚ずつ順次撮影した.5 段階の照射条件での観察試料は,ST

とHQで各20枚,合計で40枚のフィルムで取得した. 観察実験は識別コントラストと同一な10人の観察者によって行った.今回は 1 枚の試料に30孔の読影ポイントを設けた.観察時の注意として,正面視で上下や左右など周囲の孔との比較をしないことを依頼し,事前にトレーニングも行った. 観察距離は各観察者で任意の距離とし,観察時間はフィルム 1 枚30孔の観察ポイントを約10~15秒 / 孔程度と特に制限をしないで順番通り観察を進めた.また,学習効果の影響を考慮し,試料の観察は観察者ごとで順番を換えた.更に,ST画像とHQ画像の観察は10日程度の間隔を空け,観察者の半数 5 名で交互に観察を行い,読み取り順序効果を排除した. 確信度は,50点満点でレーティングを行い,連続確信度法で取得した.

1-6 AUCのt-検定とJackknife法 ROC解析の指標であるAUCを用いた平均値検定は,観察者数が 8~10名程度と少ないためt-検定が用いられてきた.t-検定は観察者間の変動から標準誤差を求めた平均値の差の検定で,観察者間や試料間などの誤差を含んでいる. 他方,D.D.Dorfman9)らによってROC解析に導入されたJackknife法は,規則的な繰り返しによって標本を抽出し,推定量の標準誤差を評価する方法で,全体の誤差変動から観察者間や試料間で生じる変動の影響を除いて検定ができる. 手順は,ROCの観察用試料C枚から得られた確信度をx1,x2,・・・,xcとすると,推定量の値としてx1,x2,・・・,xcのすべての確信度でÂUC(total)を計算する.次に,x1除いたÂUC(c−1)のデータからx2,・・・,xc

での推定量を計算し,両者の差分値で擬似値(擬似値;pseudo value:P値)を求める. このプロセスをC枚のデータに対して順次繰り返してC個の擬似値を求める.次に,観察者r人に同様の計算を施行して得られた擬似値のC列(試料)×r行(観察者)のマトリクスを二元配置分散分析によって平均値の差の有意差検定を行う. 更に,比較するシステム間の有意差検定は,2 組のC×rのマトリクスで分散分析を行い,観察者-試料間の変動も除くことができる. 本実験では,Jackknife法による統計的有意差検定を連続確信度法によるLABMRMC9)(DBM法:

CD D

Du rcmin = + −

2

IQFn

= ⋅( )=∑ D hi ii 1

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2009 年 4 月

Image quality figureの閾値によるComputed Radiographyでの適正線量の推定(望月・他) 433

D.D.Dorfman,K.S.Berbaum,アイオワ大学,C.E.Metz,シカゴ大学)を用いて行った.なお,ROC解析とC-D

曲線の観察実験においては,使用したソフトウェア(LABMRMC)の制約で,観察者は最大の10名,照射条件(data set数)も最大の 5 個で評価を行った.

2.測定結果2-1 C-D曲線とIQF

 観察者10名で平均した識別コントラスト値とディスク径のC-D曲線をFig. 2に示す.STとHQの識別コントラストは,線量の増加とともに向上している.これは線量増加で粒状性が改善したためと考えられる.1/4

線量では,ディスク径が4.0mm以下で識別コントラストの変動が大きく,量子モトルの影響がみられた. バーガーファントム凸の直径2.0mm以下のディスク径も目視では識別が可能であった.しかし拡散濃度計とマイクロデンシトメータ(コニカミノルタ社製;PDM-15B)での計測が難しいため,1.0mmのディスク径の識別コントラストは対数近似の外挿で求め,基準線量のSTで0.058,HQで0.063を得た.この外挿値は,感度比で補正すると,Looら3)の結果と同等であった. 各撮影条件において,5 回で平均した照射線量と観察者10名で平均したIQF値との関係をFig. 3に示す.基準線量のIQF値で,HQとSTの両者に有意差はみられなかった. Table 1にSTとHQで求めたIQF値と照射線量の両側

5%のpaired-t検定による結果を示す.ここでのマイナス(−)のP値は有意差がないことを示し,STとHQの両者に統計的有意差検定で差は認められなかった.

Two-tailed paired t-test

Exposure T value (eC/kg) P value a 0.05(2.101) a 0.01(2.878)

0.18 (−P)0.09 1.814

0.36 (−P)0.27 1.139

0.69 (−P)0.67 −0.434

1.39 (−P)0.76 0.317

2.81 (−P)0.20 0.152

SIG(+P)means statistically significant(SIG)at P=0.05.SIG(−P)means statistically no significant(SIG)at P=0.05.

Table 1 Two tailed paired t-test of an image quality figure and exposures by standard(ST)and high quality(HQ).

Fig. 2 Contrast-detail(C-D)curves of images acquired using the Regius 170. (a)standard(ST),(b)high quality(HQ)

Fig. 3 Relationship between the IQF and exposure. (Values represent the mean of ten observers)

a b

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第 65 卷 第 4 号

日本放射線技術学会雑誌434

2-2 ROC曲線とAUC

 Fig. 4に観察者10名によるアベレージ法でのSTとHQのROC曲線を示す.AUC値は線量の増加で高くなり検出能に向上がみられた.また,STとHQの1/2倍(0.36eC/kg)の検出能は,線量比を考慮すると,他の線量の検出能に比し,高い値を示した. 各撮影条件において,5 回で平均した照射線量と観察者10名で平均したAUCとの関係をFig. 5に示す.AUC値は,1/2線量と基準線量の中間点あたりからプラトーとなる傾向を示した. 有意水準 5%のDBM法による有意差の結果をTable 2

に示す.F分布の比を計算する自由度は,HQの基準線量(0.69eC/kg)と 4 倍線量(2.81eC/kg)間は(c-1)(r-1)で求め,他の線量間は分母合成法のSatterth-

waiteの近似法による次式9)で求めた仮の自由度によって補正した.

…………(3)

 ただし,MSTR:モダリティ-観察者間の変動成分,MSTC:観察者−試料間の変動成分,MSTRC:モダリティ-観察者-試料間の変動成分,c は試料数,r は観察者数である. DBM法での分散分析の結果,基準線量(0.69eC/

kg)と1/4倍(0.18eC/kg)と 4 倍(2.81eC/kg)間で有意差を認めたため,Tukey法による多重比較検定を行った.

 有意水準 5%の結果をTable 3に示す.すべての線

量と1/4倍(0.18eC/kg)間で有意差を認め,更に1/2倍(0.36eC/kg)と 4 倍(2.81eC/kg)間および基準線量(0.69eC/kg)と 4 倍(2.81eC/kg)間においても有意差を認めた.

3.考 察 X線画像の撮影条件は,照射線量と物理評価で行われてきた.本研究は,CR装置でバーガーファントム凸の識別能(IQF)とアクリルビーズ2.0mmfの検出能(AUC)を測定し,照射線量との関係を調べ,異なる視覚評価法から適正な撮影線量について検討した. STとHQの識別コントラストは,照射線量の増加とともに向上した(Fig. 2).これは照射線量に反比例した量子モトルによって粒状性が向上,S/Nが改善され

Fig. 4 Average ROC curves for detection of acrylic bead for standard(ST: a)and high quality (HQ: b).

Fig. 5 Relationship between the AUC and the exposure. (Values represent the mean of ten observers)

dfMS MS MS

MSt l

MSt c

MSt l c

TR TC TRC

TR TC TRC

′ =+ −( )

−( ) −( ) +−( ) −( ) +

−( ) −( ) −( )

2

2 2 2

1 1 1 1 1 1 1

a b

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2009 年 4 月

Image quality figureの閾値によるComputed Radiographyでの適正線量の推定(望月・他) 435

Exposure (eC/kg) Degree of freedom Mean Squares F Ratios Prob Decision

0.69–0.18 39 0.5099 12.4993 0.0011 SIG(**) 0.69–0.36 37 0.3447 0.0001 0.9925

ST

0.69–1.39 23 0.4885 0.0061 0.9385

0.69–2.81 64 0.2169 10.9159 0.0016 SIG(**)

0.69–0.18 55 0.4723 19.6604 0.0000 SIG(**) 0.69–0.36 18 0.2815 2.7578 0.114

HQ

0.69–1.39 19 0.2474 0.0008 0.9770

0.69–2.81 1071 1.0264 9.9568 0.0020 SIG(*)

SIG(*)means statistically significant(SIG)at P=0.05.SIG(**)means statistically significant(SIG)at P=0.01.

Table 2 Statistically significant(SIG)testing of Area under the ROC curves(AUC)by the Jackknife method.

Exposure Test Verification Difference Confidence interval

(eC/kg) statistic result of mean upper bound lower bound

0.18−0.36 −6.41645 * P<0.05 −0.09787 −5.45E−02 −0.141206

0.18−0.69 −7.15073 * P<0.05 −0.10907 −6.57E−02 −0.152406

0.18−1.39 −7.69095 * P<0.05 −0.11731 −7.40E−02 −0.160646

0.18−2.81 −10.3521 * P<0.05 −0.1579 −0.114564 −0.201236

0.36−0.69 −0.73428 P>0.05 −0.0112 3.21E−02 −5.45E−02

ST

0.36−1.39 −1.2745 P>0.05 −0.01944 2.39E−02 −6.28E−02

0.36−2.81 −3.93562 * P<0.05 −0.06003 −1.67E−02 −0.103366

0.69−1.39 −0.540222 P>0.05 −0.00824 3.51E−02 −5.16E−02

0.69−2.81 −3.20134 * P<0.05 −0.04883 −5.49E−03 −9.22E−02

1.39−2.81 −2.66112 P>0.05 −0.04059 2.75E−03 −8.39E−02

0.18−0.36 −10.272 * P<0.05 −0.11144 −8.06E−02 −0.142264

0.18−0.69 −11.6509 * P<0.05 −0.1264 −9.56E−02 −0.157224

0.18−1.39 −12.7026 * P<0.05 −0.13781 −0.106986 −0.168634

0.18−2.81 −14.8171 * P<0.05 −0.16075 −0.129926 −0.191574

0.36−0.69 −1.37893 P>0.05 −0.01496 1.59E−02 −4.58E−02

HQ

0.36−1.39 −2.43065 P>0.05 −0.02637 4.45E−03 −5.72E−02

0.36−2.81 −4.54514 * P<0.05 −0.04931 −1.85E−02 −8.01E−02

0.69−1.39 −1.05171 P>0.05 −0.01141 1.94E−02 −4.22E−02

0.69−2.81 −3.1662 * P<0.05 −0.03435 −3.53E−03 −6.52E−02

1.39−2.81 −2.11449 P<0.05 −0.02294 7.88E−03 −5.38E−02

SIG(*P)means statistically significant(SIG)at P=0.05.

Table 3 Multiple comparison(Post-hoc test)of AUC values using the Tukey method.

たためと考えられる.しかし,Fig. 2では,粒状性の向上によって識別コントラストも相対的に向上しているが,照射線量の増加分に比べ,識別能が低くなっている.これは内部雑音の働きが原因とされている5, 12). IQF値は,照射線量の増加に伴い向上するが,0.69eC/kg程度以上の高線量ではなだらかな減少を示した.これは0.69eC/kg以下では量子ノイズが支配的であるのに対し,0.69eC/kg以上では線量の増加とと

もにシステムノイズの影響が支配的になっていくことが分かる(Fig. 3).加藤ら8)は,増感紙-フィルム系のウィナースペクトルと同等になるCRの線量を測定し,相対感度が1.3倍程度とした.この線量は,システムノイズが支配的な領域に位置し,視覚評価での検出能の向上に対する寄与は少ないと推定できる. ディジタル系において,量子ノイズが支配的な線量域とシステムノイズが支配的な線量域の境界を,

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第 65 卷 第 4 号

日本放射線技術学会雑誌436

これ以上線量を増加しても画質の向上に寄与しない閾値とする.この値を適性線量と仮定すると,閾値は,Fig. 3から量子ノイズとシステムノイズを近似した線分の交点で約0.46eC/kgとなる. 本実験では,増感紙-フィルム系で濃度1.00.05

を得る線量を基準線量とし,その照射線量は約0.69eC/kgだった.一般にディジタル装置での撮影は,増感紙-フィルム系に準じた撮影条件で行われている.そこでC-D曲線から求めたIQFでの閾値で適正線量を推定すると,0.46(eC/kg)/0.69(eC/kg)で約30%程度となり,照射(被ばく)線量低減の可能性が示唆された. STとHQのAUCは,照射線量の増加で検出能が向上した.しかし,DBM法で行った統計的有意差検定では,基準線量(0.69eC/kg)と1/4倍(0.18eC/kg)および 4 倍(2.81eC/kg)で有意差を認めたが,1/2倍(0.36eC/kg),基準,2 倍(1.39eC/kg)では有意差を認めなかった.同様にTukey法でも有意差が認められないため検出能に差がないと考えられる. また,各線量でのSTとHQのAUC値においても統計的有意差はみられなかった.これは,被写体信号がノイズに埋没しない程度のコントラストを有するとき,検出能は解像特性の影響を受けないことを示唆している5). よって,アクリルビーズ2.0mmfの検出能は,信号径が大きくノイズ特性と視覚特性で相関が高い13)

0.1~0.5cycle/mmの低空間周波数領域に依存するため,検出能に影響する因子としてノイズ特性14, 15)が重要であることを検証できた.したがって,観察試料がアクリルビーズ2.0mmfと限局しているROC解析においても基準線量の約半分で検出能に差が認められないため,照射線量を低減できる可能性が示された. AUCと照射線量の関係(Fig. 5)から,AUC値が1/2

線量と基準線量の中間点を超えるとほぼプラトーとなる.この点は,IQFで推定した適性線量の閾値の0.46

(eC/kg)と一致した. 一般に,同じモダリティ(システム)で同じ観察者によるシステム間のAUCの平均値検定は,両側 5%のpaired-t検定で行われている.本実験では 5 段階の線量を用い,基準線量と他の 4 つの線量間で比較するため,5%有意水準が組み合わせ(1−0.954)によって

18.5%と大きくなる多重性の問題16)を否定できない.よって,AUCの統計的有意差検定は,DBM法で行った. DBM法は,リサンプリングして得られたJackknife

擬似値を分散分析のモデルに振り当て統計的検定を行っている.したがって,通常の分散分析での平均値とは異なる平均で評価される.今回,DBM法で有意差を認めたので, Tukey法による多重比較検定を行い,DBM法と同じ結果を得た.よって,AUCの統計的有意差検定の結果は,妥当と判断した. 今回,IQFとAUCを用いた検出能と照射線量との関係を調べた結果,バーガーファントム凸で得られたIQFの閾値で適正線量を推定したところ,約30%程度線量を低減できることが分かった.また,アクリルビーズ2.0mmfのAUCの検出能では,基準線量と1/2

線量で有意差が認められず,両者のAUC値の中間点とIQFで推定した適性線量が一致した. 以上,CRを用いた基礎的な視覚実験結果を基に,IQFで推定した閾値によるディジタル画像の適正線量の決定法について提案した.

4.結 語 CR装置を用いて,視覚評価の指標として用いられているIQFとAUCにより,適正線量について検討した.その結果,本実験において増感紙-フィルム系を基準としたCRにおける撮影線量は,この線量とIQFから推定した撮影線量に関する閾値との比から約30%程度低減できる可能性が示された.また,AUC

と撮影線量の関係からも同様な結果が得られた. したがって,線量とIQFの関係から得られる閾値を用いた適正線量の推定法が,ディジタル画像の撮影条件の決定に有用であることが示された.

謝 辞 研究指導に助言をいただきました北里大学医療衛生学部医療工学科診療放射線技術科学専攻教授の丸山浩一先生と梅田徳男先生,ならびに卒業研究生として在籍した天野芳美,浦島はるな,宮崎麻衣子,内田 圭,関口愛子,吉田陽子の各氏に感謝致します.

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2009 年 4 月

Image quality figureの閾値によるComputed Radiographyでの適正線量の推定(望月・他) 437

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Fig. 1 アクリルビーズを信号に用いたROC解析の実験配置Fig. 2 Regius 170での画像のC-D曲線 (a)標準(ST),(b)高精細(HQ)Fig. 3 画質指数(IQF)と照射線量との関係Fig. 4 標準(a)と高精細(b)によるアクリルビーズ検出の平均ROC曲線Fig. 5 ROC曲線下面積(AUC)と照射線量との関係

Table 1 標準と高精細の画質指数と照射線量との両側 5%のpaired t-検定Table 2 Jackknife法を用いたAUCの統計的有意差検定Table 3 Tukey法を用いたAUC値での多重比較検定